宇(yǔ)宙是“人为制造(zào)”的？为何会(huì)存在(zài)科学无法解释(shì)的“暗物质”？暗物(wù)质又究(jiū)竟是什(shén)么？人类为(wèi)了寻找暗物质(zhì)存在的证(zhèng)据，科学家(jiā)们在过去的几十年当中进行了超过50次的(de)长期(qī)实(shí)验，但(dàn)是(shì)却(què)没有发现任(rèn)何(hé)的有效证据。除了一个(gè)地方，在(zài)1687年出(chū)版的(de)自然(rán)哲学数学(xué)原理一(yī)书中，埃萨克牛顿发表了万有引力定律，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天(tiān)体运动(dòng)的规律。往(wǎng)后的(de)几百年来，当(dāng)天文学家(jiā)们发现(xiàn)某(mǒu)些天体运(yùn)行(xíng)轨道出(chū)现异常，不符合万(wàn)有引力(lì)定律的时候，他们就会知道，周围一定有未知的天体通过引力在摄动它的(de)轨(guǐ)道(dào)。比如(rú)在1846年(nián)，奥本勒维耶就(jiù)通过(guò)天王星运行轨(guǐ)道的异常，推算并且发(fā)现了海王(wáng)星的存在。另外，哈(hā)雷彗星、冥王星的发现都是应用(yòng)万(wàn)有引力定律(lǜ)所取得重大(dà)天文(wén)成就的(de)例子(zi)。但是这些(xiē)发现都是在恒星系(xì)统的尺度(dù)当中，可(kě)当我们上升到星(xīng)系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和(hé)测量后发星系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是一(yī)个由数千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方法，当两种方法结果(guǒ)一致(zhì)，就可(kě)以确定其质量的范围。

第一种是获(huò)得其"光(guāng)度学的质量"，需要的数据是测量各(gè)个星系的光度。

第二种是动力学质(zhì)量的计(jì)算(suàn)，是利用(yòng)光谱红(hóng)移测量星系团(tuán)中的各个星系相(xiāng)对(duì)于星系团的(de)运动速(sù)度。当测量结果出来之后，兹威基(jī)彻底懵(měng)了，“动(dòng)力学质量”竟然是“光度学(xué)质量”的400倍(bèi)。这意味着(zhe)，后发(fā)座星系团有(yǒu)99%的质量消失了，或者说这99%的质量并不以(yǐ)可(kě)见光的形式(shì)所存(cún)在，我们无法看到。最诡异(yì)的是(shì)，在测量速度的过程中，兹(zī)威基发现(xiàn)星系团中很多星(xīng)系的(de)速度比理(lǐ)论上要快(kuài)得多，按照牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星(xīng)系的质量所(suǒ)产(chǎn)生的引力是无法(fǎ)将它们(men)束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们(men)早(zǎo)就(jiù)应该被(bèi)抛出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种神秘的力(lì)量在(zài)起作用，这种力量来源于某种隐形(xíng)的物(wù)质(zhì)。

据此，兹维基提出了(le)这样部分(fēn)不(bù)可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光(guāng)，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部(bù)分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们对(duì)这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年之(zhī)后，“暗物质(zhì)”这个(gè)词才再一次(cì)出现(xiàn)。天(tiān)文学家(jiā)维拉鲁宾和(hé)肯特福特在观测仙(xiān)女座星系中(zhōng)的恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中(zhōng)心越远的(de)恒星(xīng)在其轨道上的(de)运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测(cè)的结果却让(ràng)人感到不(bù)可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒(héng)星的旋(xuán)转速度几乎保(bǎo)持(chí)不变(biàn)。可(kě)是根据牛顿的万(wàn)有引力(lì)定律，在星系当中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩到宇宙当中(zhōng)了。基于这种现象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一种相对标准(zhǔn)的方法(fǎ)来解释(shì)暗物质的存(cún)在，这种方法就是测量星(xīng)系当中气体在(zài)X轴(zhóu)上距离星(xīng)系中心的距离，以及在Y轴上气体的(de)旋转速度。如果出现异常(cháng)的结果(guǒ)，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于是科学家们通过射(shè)电望远(yuǎn)镜测量了距离星系中心更远距(jù)离的氢(qīng)元素，发(fā)现(xiàn)它(tā)们的旋转速(sù)度并不符(fú)合(hé)牛(niú)顿(dùn)的力(lì)学(xué)定律。我们的太(tài)阳系也不例外，太(tài)阳(yáng)系位于(yú)银河系的第(dì)三悬(xuán)臂之上，距离(lí)银河系中心(xīn)2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋(xuán)转，这个实(shí)际速度远远大于(yú)理(lǐ)论速度，那么产生以上(shàng)这种向(xiàng)心加(jiā)速度的原因很可(kě)能就是(shì)存在(zài)着一种我们(men)看不(bù)到的物质(zhì)，是这(zhè)些(xiē)暗物质的引力效应(yīng)将星系聚集在了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗物质的(de)存在(zài)。科(kē)学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道的(de)速(sù)度，估算在星系当中暗物(wù)质(zhì)的质量占整个(gè)星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物质(zhì)并不是唯(wéi)一(yī)可(kě)以(yǐ)解释这个现(xiàn)象的原因。在一项(xiàng)新的研(yán)究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应(yīng)的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度上(shàng)的微小差异(yì)。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银河系(xì)不多，但(dàn)是星系当中(zhōng)存在的恒(héng)星数量却只(zhǐ)有银河系的千分之一。

所(suǒ)以在理(lǐ)论上，该星系必须(xū)存在暗(àn)物质(zhì)，否(fǒu)则就(jiù)会分崩离析。但是科学家(jiā)们使用最先(xiān)进的望远镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发(fā)现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质和力(lì)学(xué)定律来解释的。那么(me)又有人提(tí)出，也(yě)许该星系的暗物质(zhì)，已经被附(fù)近(jìn)的另一(yī)个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任何星系存在(zài)。造(zào)成这些现象的除了(le)暗物(wù)质的假说(shuō)之外，另一种可能就是人(rén)类对引力的理解还不够全面(miàn)，引力很可能(néng)在不同尺度空间(jiān)中的工作方式是不同的，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天(tiān)体会沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们(men)所理解的方式运动。但是上升到星系和星(xīng)团的尺度，引(yǐn)力之间的相互作(zuò)用则是不(bù)同(tóng)的方式。对于在星(xīng)系团之间(jiān)的(de)相(xiāng)互作用，科学家(jiā)还引入了外部(bù)场效应的概念，指的(de)是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产生对彼此特(tè)殊的(de)效果，这个理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成立，这意味(wèi)着我们需要对现在(zài)的物理定律进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说理论就此终结。但是在宇宙当(dāng)中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论(lùn)证据是蒙德理论所没法解释(shì)的“引力(lì)透镜(jìng)”。

径(jìng)向距离为37亿光(guāng)年(nián)的(de)子(zi)弹星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所(suǒ)组成，类似这样的星团，它(tā)们大部(bù)分的普通(tōng)质(zhì)量都在(zài)星系(xì)的(de)气体当中。当(dāng)星(xīng)团(tuán)以1000万公(gōng)里/小(xiǎo)时发生碰撞的(de)时候，星际气体的相互(hù)作用就(jiù)会导致温度的急(jí)剧升(shēng)高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论(lùn)上，在碰撞(zhuàng)之(zhī)后，子弹星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域。那么我们(men)通过什么(me)来(lái)验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是(shì)集中在中间(jiān)呢(ne)？前(qián)不久，詹姆斯韦伯(bó)太(tài)空望远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张全彩的高清(qīng)照片，在照片中我们可以明显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生了巨(jù)大(dà)的形变(biàn)。其(qí)实这些星系本身并不(bù)是真的被扭(niǔ)曲了，也不是(shì)韦(wéi)伯望远(yuǎn)镜出了什么问题(tí)，而是这样极遥远的天体和我们地球上的观测者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量(liàng)的东西(xī)的引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光(guāng)都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这(zhè)个巨大的天体可能是超(chāo)大质量的(de)黑洞或者是暗物(wù)质。

所以当人们(men)对子弹星系团观测的时(shí)候，发现它的大质量区域并不是(shì)在(zài)中间，而是在两(liǎng)侧。所以(yǐ)最(zuì)好的解释方(fāng)法就是当(dāng)星团发生全部的碰(pèng)撞(zhuàng)时，可被观测到的(de)质量气体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区(qū)域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子(zi)弹星系团(tuán)的引力(lì)透镜研究也被(bèi)认(rèn)为(wèi)是暗物质存在的迄今为止最好的理论(lùn)证据。

除此之(zhī)外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当(dāng)中最古老的光。从(cóng)宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见(jiàn)光终于(yú)可以畅通无阻地穿越在宇宙当中(zhōng)了(le)。经(jīng)过了130多亿年之后，这(zhè)些光在宇宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微波辐射。其中红(hóng)色的部(bù)分表(biǎo)示温度(dù)较(jiào)高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域(yù)，但实际(jì)上(shàng)它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之(zhī)一(yī)。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离后的(de)二(èr)值图(tú)像进行连通域(yù)提取和标记之后发现(xiàn)，如果宇(yǔ)宙当中没有暗物质，图形看起来不应该(gāi)是这样的(de)，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰(fēng)值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起(qǐ)来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹配宇宙微(wēi)波(bō)背景辐(fú)射的测量值，我们(men)需要的暗物质大(dà)约是(shì)普通物(wù)质(zhì)的5倍。这个数字与解释星(xīng)系当中恒星(xīng)运动(dòng)所需要的(de)暗(àn)物质比(bǐ)例是一致的(de)。这就意味着。

用(yòng)了一个简单的理(lǐ)论框架(jià)，就(jiù)很好地解释了很多不(bù)同的(de)观(guān)测(cè)结果。而暗物质的本质就是宇(yǔ)宙(zhòu)当中存在着某种类(lèi)型的粒子，它们不(bù)参与任何其他的电磁作用，只通过(guò)引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找(zhǎo)到这(zhè)种(zhǒng)粒子的(de)存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到(dào)了暗物质(zhì)存在(zài)的实际(jì)证据。这种(zhǒng)粒子到底是什么？科学(xué)家们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十(shí)年当中(zhōng)，人类为了寻找这些看不见、摸不到，几乎不会(huì)与常规物(wù)质相(xiāng)互(hù)作用的(d直径26厘米等于多少寸，26厘米等于多少寸英寸e)“暗物(wù)质(zhì)”，科学家(jiā)们(men)已经(jīng)进行(xíng)了超过50次的实(shí)验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除(chú)了一个地方，意(yì)大利的格兰萨索(suǒ)山，隶属(shǔ)于阿(ā)尔卑(bēi)斯山(shān)脉。

在山下1400米处的地(dì)下(xià)矿井当(dāng)中，藏着地(dì)球上(shàng)最(zuì)大的地(dì)学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼(lóu)高的探测器，一(yī)直(zhí)致力于寻找暗物质粒(lì)子的(de)周期性(xìng)震(zhèn)荡。

自1997年以来，这里的科学家声称观测(cè)到(dào)了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集，人们(men)发(fā)现了一个有趣的(de)事情(qíng)。探(tàn)测率会在(zài)每年的6月份达(dá)到峰值，然后在11月降(jiàng)到最低，而(ér)且在20年当中每年都是一(yī)样。一(yī)些科(kē)学家认为这可能(néng)是人(rén)类发现暗(àn)物质的第一个(gè)直(zhí)接证据。

但是为(wèi)什(shén)么(me)暗物质会产生周(zhōu)期性的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以(yǐ)220公(gōng)里/秒的速度(dù)围绕着(zhe)银(yín)河系进行(xíng)移动，那么(me)如果(guǒ)暗物质存在宇宙(zhòu)当中，这意味(wèi)着我们也在以这(zhè)样的速度在(zài)穿越着(zhe)暗(àn)物质流，这个过程中会产生相应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地(dì)球又以30公里/秒(miǎo)的速度围绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的(de)时间，地球围(wéi)绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银(yín)河系的方向是一(yī)致的，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而在6月份的时候，地(dì)球与太阳的方向正好达到完(wán)全(quán)一致，这是理论上地球穿越暗(àn)物质流(liú)最(zuì)快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好(hǎo)达(dá)到(dào)了最慢(màn)值。尽管(guǎn)在实(shí)际的情况中，太阳(yáng)系(xì)相对银河(hé)系的平面呈现(xiàn)了60度(dù)的倾(qīng)斜，但是这并不影响这个理论的(de)有效性。

因此(cǐ)科学家认为这(zhè)可以用来解释，研究人员(yuán)们所观测到的周(zhōu)期性信(xìn)号。当然也可能有其他的情况，造(zào)成这种年(nián)度周(zhōu)期信号的差异(yì)也可(kě)能是温度、湿度(dù)、土壤中的水(shuǐ)分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数量(liàng)也符合这个周期(qī)的规律(lǜ)。

所以，科(kē)学家们又在南半球建立(lì)了一个几乎相同的(de)实(shí)验室，这里(lǐ)的(de)季节与之(zhī)前的实验室正好相反(fǎn)，而在这(zhè)里，地(dì)球穿(chuān)过暗物质流的(de)运(yùn)动特征和(hé)第一(yī)个(gè)实(shí)验室是一样(yàng)的。

因此，如果(guǒ)在这里可(kě)以得(dé)到相同的信(xìn)号(hào)，就可以成为暗物质所存在的(de)非常(cháng)有(yǒu)力的证据了。但是由于这个(gè)实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久，所(suǒ)以(yǐ)截至(zhì)目前还无法提供相应的数据支持。另外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太(tài)空望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但它的(de)宽视场仪器提供的视野是哈勃(bó)红外仪器的100倍。南希(xī)格雷斯罗(luó)曼太空望(wàng)远镜其(qí)中一(yī)个(gè)关(guān)键的用途就是(shì)探索暗物质(zhì)背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目(mù)以待了(le)。费米实验(yàn)室粒子天(tiān)体物(wù)理中心的科学家丹(dān)琥(hǔ)珀(pò)和(hé)贾(jiǎ)森斯特芬研究发现(xiàn)，如(rú)果(guǒ)暗物质存在，它(tā)们极有可(kě)能拥有另一种神(shén)秘的效应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质(zhì)效应，会支持宇宙当(dāng)中生(shēng)命的诞生，或者(zhě)说(shuō)是生命(mìng)进化的一(yī)个(gè)重要(yào)因(yīn)素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进一步的(de)证实，那么遍(biàn)布(bù)宇宙(zhòu)当中的暗物质(zhì)会(huì)不会意(yì)味着人类并不孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在(zài)通(tōng)过(guò)这样的(de)效应(yīng)创造生(shēng)命。当然，这些推(tuī)论的(de)大前(qián)提(tí)是(shì)要先找(zhǎo)到(dào)暗(àn)物质存(cún)在的实际证据。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不(bù)存在(zài)呢(ne)？喜欢请点赞(zàn)，你的支持是我更新的(de)动力！

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